Программные средства для моделирования сообщение
Обновлено: 02.07.2024
Программные средства для моделирования
Как правило, данные, собранные из различных источников, загружаются в программный продукт моделирования, где создается новырабочий проект. Большинство современных пакетов геологического моделирования (Petrel, IRAP RMS, Gocad) имеют файловую организационную структуру.В качестве примера пакета геологического моделирования, работающего с использованием реляционной базы данных Oracle, можно привести пакет Stratamodel, использующий совместно с другими приложениями ПК.Landmark (сейсмическими, петрофизическими) базу данных OpenWorks. Типовой набор основных модулей наиболее распространенных пакетов трехмерного геологического моделирования. Он включает в себя модули:
При необходимости в этот набор включают модуль моделирования трещиноватости. Модуль интерпретации каротажных кривых, как правило, в этот набор не входит. Интерпретацию каротажных кривых обычно выполняют петрофизики в отдельном специализированном пакете.
Процесс построения геологических моделей требует достаточно производительных компьютеров с мощными графическими картами. Поэтому наиболее распространенным рабочим местом геолога-модельера является рабочая станция с двумя экранами , что позволяет эффективно работать с различными приложениями.
В последнее время визуализация исходных данных и цифровых геологических моделей все чаще производится не только на рабочих станциях,но и в специально оборудованных центрах пространственной визуализации в объемном стереоскопическом режиме. Такие центры используются также для визуализации данных сейсморазведки 3D, фильтрационных расчетов, а также в качестве decision room – комнаты, в которой в процессе обсуждения геофизических, геологических и гидродинамических данных принимаются решения по оптимизации процесса дальнейшей разведки и разработки месторождения.
В заключение остановимся на принципах выбора границ проекта моделирования. Как правило, в плане границы участка моделирования выбираются на основе исходных данных – на 1,5-2 км шире границ внешнего контура нефтеносности или границ лицензии. Выбор границ моделирования в разрезе определяется, с одной стороны, целевым геологическим заданием и условиями горного отвода, с другой - возможностями используемой техники и программного пакета. В некоторых случаях, после консультаций с гидродинамиками, возникает необходимость моделирования.соседних выше или нижезалегающих пластов, даже если они водоносные.
В настоящее время, в России основными программными пакетами при создании геологических моделей месторождений нефти и газа являются Petrel (Schlumberger), Irap (Roxar), Stratamodal (Landmark), DV-Geo (ЦГЭ), TimeZYX (группа компаний «Траст).
Компьютерная графика, то направление искусства, которому почти нигде не учат на территории стран СНГ, поэтому новичок, решивший овладеть навыком 3D моделирования, вынужден искать информацию из сети. Главной проблемой становится отсутствие структурированного материала на русском языке, а обширное количество программ только больше сбивают с толку.
Эта статья будет полезна только новичкам, в ней я хочу поделиться своим опытом использования программ 3D моделирования и поверхностно, но структурировано, рассказать о том, какие они бывают.
Часть 1. Поиск референсов (вспомогательное изображение: рисунок или фотография, которые художник или дизайнер изучает перед работой, чтобы точнее передать детали, получить дополнительную информацию, идеи.)
Любой пайплайн (конвейер разработки 3D модели) начинается с идеи и подбора референсов. Начиная свой путь моделирования, я часто пренебрегал их поиском или использовал недостаточное количество, что приводило к низкому качеству конечной работы.
Пожалуй, лучшей программой для хранения и быстрого доступа к своим изображениям будет бесплатная pureref. Данный софт позволяет загружать в него неограниченное количество изображений и иметь быстрый доступ к ним.
Часть 2. Софт для 3D моделирования
С референсами мы определились, но в чем же мы буде моделировать?
Программ для 3D моделирования большое количество но все их можно поделить на три условные группы:
1. Программы для полигонального моделирования
2. Программы CAD использующие нурбсовые математические формулы
3. Программы для скульптинга
Начнём по очереди.
Полигональное моделирование.
В полигональном моделировании объекты строятся при помощи полигонов, которые задаются несколькими вершинами.
Выделим несколько самых популярных программ:
1. Autodesk 3dsMax — профессиональное программное обеспечение для 3D-моделирования, анимации и визуализации при создании игр и проектировании.
В основном используют для визуализации интерьера и архитектуры
Как и большинство программ Autodesk является платной.
2. Autodesk Maya — редактор трёхмерной графики, обладает широкой функциональностью 3D-анимации,
моделирования и визуализации.
На данный момент является стандартом геймдева, большинство студий работает именно в ней. Как и 3D Max является платной
3. Cinema 4D является универсальной комплексной программой для создания и редактирования двух- и трехмерных эффектов и объектов.
И самое вкусное то, что программа абсолютно бесплатная и доступна в Стиме.
Это самые распространённые, но далеко не все программы полигонального моделирования.
Какую же программу стоит выбрать?
Если ваша главная цель добиться успеха в геймдеве, то без сомнения ваш выбор это MAYA, главный котируемый пакет большинства студий.
Если вы не хотите платить за софт и быстро освоить моделирование то ваш выбор это Blender, к тому же, просматривая вакансии на территории России, многие студии всё чаще начинают работать с блендером.
CAD моделирование
CAD программы используют математические формулы для задания геометрии.
Их главным плюсом является отсутствие полигональной сетки, что даёт возможность не волноваться о топологии (это то, как полигоны формируют 3D модель) во время процесса моделирования.
Изначально эти программы предназначены для использования промышленными станками и 3D принтерами, но и в игровой индустрии им удалось обрести славу.
Выделим наиболее подходящие из них для наших задач.
1. Fusion 360
Это программа CAD моделирования от Autodesk.
Ее главными плюсами для меня стало:
-наличие слайдеров для выставления высот, фасок и т.п
-бесплатная версия для не коммерческого использования
-наличие истории проделанных операций.
Минусом является:
-не высокая стабильность работы
-высокое требование к железу компьютера.
2. MoI3D (Moment of Inspiration)
Программа, использующая нурбсовые математические формулы для задания форм и поверхностей.
Главными ее достоинствами является:
-высокая стабильность
-невысокие системные требования
-полная адаптация для графического планшета
-возможность экспорта high poly (модели с плотной высокополигональной сеткой) модели.
Недостатки:
-отсутствие слайдеров для регулирования фасок
-высокая стоимость софта
На данный момент я использую в качестве основного инструмента Fusion 360, но со временем планирую изучить и Moi3D
Для геймдева CAD программы используют относительно недавно, но тем неимение они являются очень полезным софтом для изготовления hard-surface (твердотельных, не органических) моделей и легки в освоении. За два часа вполне возможно выучить базовый функционал Fusion360 и сделать свою первую модель.
Скульптинг
Скульптинг - это один из способов моделирования объектов, который позволяет интуитивно придавать форму и добавлять детали, подобно лепке из пластилина или глины.
Манипуляции с объектом осуществляются за счёт передвижения вершин, на высокополигональном меше (совокупность вершин, рёбер и полигонов, которые составляют один 3D объект), или вокселей (элемент объёмного изображения, содержащий значение элемента растра в трёхмерном пространстве).
Выделю три программы для скульптинга:
1. Blender
Да, в бесплатном блендере по мимо полигонального моделирования есть еще огромная гора всевозможного функционала, в его чилсе и скульптинг.
Плюсы:
- одна программа совмещает в себе большой функционал
-относительно интуитивный интерфейс
Минусы:
-Ограниченный набор инструментов
-Невысокая производительность ( в программах-конкурентах можно использовать мэши с намного более плотной полигональной сеткой)
Хоть блендер и не позиционирует себя как софт для профессионального скульптинга, но это не мешает людем делать в нем шедевры, как пример работа Pablo Dobarro.
3. 3D Coat
Коммерческая компьютерная программа для моделирования различных органических объектов и грубых низкополигональных 3D-моделей; предоставляет широкий набор инструментов, которые позволяют пользователям создавать скульптуры, добавляя топологию, создавать UV-карты, интерактивно текстурировать поверхность модели, производить визуализацию статичных сцен и круговую анимацию модели.
Во время скульптинга программа использует не полигоны, а воксели, что делает геометрию не полой внутри.
С 3D Coat я мало знаком, но некоторые его достоинства и недостатки выделить попытаюсь.
Плюсы:
-Программа подойдёт для быстрого создания концепта
-Дружелюбный к новичкам интерфейс
-Широкий функционал по мимо скульпта
-Наличие уникальных возможностей
-Неплохие возможности текстурирования
Минусы:
-Высокая цена
Если вы настроены всерьёз овладеть скульптингом, я бы посоветовал выучить ZBrush, все его недостатки полностью нивелируются огромным функционалом и вариативностью.
Часть 3. Развёртка и запекание
Итак, мы сделали свою первую модель и хотим раскрасить ее, что для этого нужно?
Для начала нам нужно две, почти одинаковых, модели. Одна high poly, на ней будет максимальное количество полигонов и большая детализация, другая low poly, на ней мало полигонов, именно эта модель используется в игровом движке.
Первое, что необходимо сделать перед началом текстурирования, это произвести UV развертку для low poly модели.
UV развертка - это проецирование трёхмерного объекта на двухмерную плоскость.
Выглядит это примерно так.
Правильно развернуть модель это целая наука, но об этом не в нашей статье.
Программы для полигонального моделирования обладают достаточно хорошим функционалом для разворачивания меший, но есть и отдельный софт для этого с более обширным функционалом.
Рассмотрим здесь программу rizomuv, специально разработанную для этих целей.
На ютуб канале videosmile есть неплохой мини курс по этой программе, советую к ознакомлению.
Самой главной и, пожалуй, решающей, для меня, функцией стала возможность удобной упаковки развёртки.
А минус в том, что она платная.
Мы развернули low poly, что теперь?
Теперь необходимо перепечь на него информацию с high poly меша, для создания карт нормалей.
Звучит странно, не так ли? Но обо всем по порядку.
Карты нормалей нужны для создания мнимой геометрии на низкополигональном объекте, а для их получения и производится запекание или по английские bake.
Карта нормалей — это такая текстура, которая позволяет за счет игры света эмулировать дополнительные (не существующие изначально) детали на 3d модели.
Ну как у UV развёртки, у карт normal map очень много подводных камней, которых касаться мы сейчас не будем.
На наглядном примере я вам покажу, как выглядят карты, и какой результат мы получаем.
И так на изображении мы видим три плоскости (на самом деле это кубы).
Две из них имеют одинаковые количества вершин и являются одинаковыми мешами. Какие именно?
Правильно, первый и третий! (Но стоп, как, ведь второй и третий одинаковые?!)
В этом и есть вся магия запекания карт нормалей. Мы взяли геометрию со второго высокополигонального куба и перенесли ее на первый, а результатом этой манипуляции стал наш третий объект.
А так это выглядит в режиме редактирования.
Хорошо, с теорией покончено, но где лучше запекать?
Канал Блендер Павлова очень хорошо ответил на этот вопрос.
Спойлер. В программе marmoset toolbag 4. В ней и я запекал карты для этого примера.
А вот так это выглядит наглядно
Вернёмся к тулбагу.
Плюсы:
-Настройка параметров карт нормалей.
-Печёт огромное количество разновидностей карт нормалей
-Возможность фикса багов запечки
-Программа подходит не только для запекания.
Из минусов только то, что она платная, а так прекрасный софт.
Глава 4. Текстурирование модели
В этой главе речь пойдёт о создании PBR текстур на модели.
PBR или Физически корректный рендеринг — метод компьютерной графики, который позволяет отображать объекты более достоверно, моделируя поток света в реальном мире.
Конечно затекстурить модель можно и в Blender и в Maya, но мы рассмотрим специализированный для этого софт.
Начнём мы с бесплатной программы от разработчиков Unreal Engine.
Quixel mixer. Эта программа работающая с библиотекой megascans ( отсканированными реальными материалами, перенесёнными в цифровой вид )
Плюсы:
-Работа с огромной библиотекой отсканированных материалов megascans
-Свободный доступ
Минусы:
-Не особо подходит для текстурирования моделей
Вы могли подумать что программа плохая, но это не так, в ней можно делать очень реалистичные тайловые (бесшовные ) текстуры.
Вот, например текстура, которую я сделал, для старой кирпичной стены.
А вот корявый нож, который я разукрасил в процессе изучения программы. Не судите строго, я только начинал свой путь в то время.
Ну и перейдём к моему любимчику. Программа от легендарного Adobe, стандарт игровой индустрии substance painter.
Данный софт обладает огромными возможностями по текстурированию 3D моделей, но печёт он паршиво, именно им я пользуюсь на постоянной основе.
Разберём его достоинства и недостатки.
Плюсы:
-Большое количество встроенных генераторов
-Возможность использования умных материалов, созданных другими юзерами
-Большая гибкость в настройке генераторов и фильтров
-Возможность экспортировать большое количество различных карт нормалей.
-Банально, но невысокая стоимость стиме.
-Совместимость (мост) с фотошопом
-Ну и просто интуитивно понятная программа.
Минусы:
-Сабстенс требовательный, очень требовательный. Для работы с большим количеством текстурных сетов вам нужен не слабый такой компьютер, желательно с 32 гб ОЗУ и больше.
P.S. Пока открывал проект, чтобы сделать скриншот, эта зараза успела зависнуть три раза.
Глочёк для мастерской контры ( кстати, движок Source не работает с pbr текстурами, по крайней мере со скинами, и тут только карта нормали)
Ладно, победитель очевиден, Substance Painter лидирует по всем параметрам. Но главное при текстурировании уделять большое внимание референсам и помните: никогда не используйте бездумно генераторы, если вы сделали поцарапанный корпус того же пистолета, не ленитесь ручками почитсить места где царапин физически быть не может.
Теперь мы экспортируем текстурки и наша модель полностью готова. Поздравляю!
Не забудьте правильно презентовать свою работу. Хорошо отрендерите ее ( для презентации работы проще всего использовать Marmoset ) и довести до идеала в Photoshop.
Ну что ж, мой дорогой друг, спасибо за прочтение. Буду рад любому фитбеку и пожеланиям, так же жду конструктивной критики и советов.
От себя хочу добавить, что работа 3D художника это очень тяжкий и недооценённый, незнающими людьми, труд и мне хотелось бы, чтобы у тебя, читатель, все получилось в нашей нелёгкой деятельности.
На заре компьютерного моделирования все моделирующие программы были уникальными и писались непосредственно на существовавших в то время языках программирования (Алголе и Фортране). В качестве спецификации будущей моделирующей программы выступала запись на математическом языке. Эффективность полученного кода повышалась за счет использования языка Ассемблера (написание всей моделирующей программы или её наиболее трудоёмких частей осуществлялось в машинных командах, что давало серьёзный выигрыш в быстродействии).
В середине прошлого столетия возникла необходимость автоматизации процесса моделирования. Первым шагом на пути автоматизации моделирования было создание библиотек численных методов для заданного класса уравнений. К концу 70-х годов прошлого столетия были созданы специализированные коллекции численных методов практически для всех областей численного анализа.
Появление коллекций и библиотек резко расширило возможности моделирования. Если математическая модель представляла собой не очень большую систему уравнений, то перевести ее в операторы Фортрана не составляло большого труда. Обычно над этим совместно работали три специалиста: специалист в прикладной области, математик и программист.
Наличие библиотек не позволяет уйти от необходимости многократно проводить модельные эксперименты для различных входных данных и обрабатывать их результаты. Дальнейшие шаги на пути автоматизации моделирования были связаны с разработкой систем автоматизации вычислительного эксперимента – пакетов прикладных программ (ППП).
Системы автоматизации моделирования позволяют автоматически строить моделирующую программу по математической модели системы и автоматически преобразовать результаты вычислительных экспериментов на уровень абстракции математической модели.
На рис. 4.3 показано преобразование данных в системе автоматизации моделирования.
Рис. 4.3 Преобразование данных в системе автоматизации моделирования
При использовании системы автоматизации моделирования разработчик формирует математическую модель исследуемой системы на формальном входном языке моделирования.
Современные пакеты моделирования, как правило, включают специальные визуальные редакторы, позволяющие вводить описание моделируемой системы в форме, максимально удобной для восприятия человеком. Математические выражения пишутся с использованием многоэтажных дробей, символов интегралов, сумм и производных. Структура и поведение изображаются в виде структурных схем и графов переходов.
Эти графические описания автоматически переводятся в программу модели. Вместе с исполняющей системой пакета моделирования программа модели составляют моделирующую программу.
Пакет прикладных программ (аббр. ППП, англ. Software package) – программный пакет, комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для решения задач определенного класса.
Они служат программным инструментарием решения функциональных задач и являются самым многочисленным классом программных продуктов. В данный класс входят программные продукты, выполняющие обработку информации различных предметных областей.
Пакеты прикладных программ можно разделить на статические и динамические.
В случае статического пакета сначала происходит построение прикладной программы (работает пакет-конструктор), затем производится расчет (пакет-вычислитель), после чего графический пакет выполняет визуализацию полученных данных.
Работа пакета-вычислителя и графического пакета может происходить параллельно.
В случае динамического пакета все три этапа выполняются динамически в рамках единого процесса. Такой подход может быть эффективным, но разработка динамического пакета более трудоемка, чем статического.
На практике статические пакеты более распространены, чем динамические.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ОБЗОР ПРОГРАМНЫХ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
В современном мире управлению всевозможными процессами уделяется особое внимание. Отдается предпочтение автоматизированному производству и новым технологиям, а ручной труд постепенно теряет свою ценность. В связи с этим появились новые способы управления и функционирования. Одним из этих способов является моделирование, основанное на создание прообраза, или модели, исследуемого объекта с целью его изучения и последующей модернизации. Моделирование реализуется различными средствами. Программные средства моделирования – это пакеты программных сред и инструментов, созданные для анализа, описания и улучшения процессов и исследуемых объектов.
Моделирование находит активное применение в различных технологических процессах, бизнес-процессах, экономике и т.д. Целесообразно рассмотреть бизнес-процессы, так как они наиболее ярко иллюстрируют работу программных средств моделирования.
В настоящее время существует большое разнообразие программных средств моделирования. Рассмотрим некоторые из них, наиболее распространенные в мире и имеющие широкие возможности функционирования. Параллельно также проведем сравнительный анализ таких программных средств моделирования, как: ARISToolset, ITHINK, PowerSimStudio, Extend, GPSS/H, GPSSWorld.
Пакет ARISToolset (IDSScheerAG, Германия) имеет сильный графический интерфейс, большое число стандартных объектов для описания бизнес-процесса, дополнительные модули-интерфейсы, обеспечивающие интеграцию с системами MicrosoftProject, Erwin, Staffware и другими. ARISToolsetобладает невысокими требованиями к аппаратному(процессор IntelPentium 166 МГц, 64 Мб ОП, монитор с разрешением 640×480 (SVGA), 256цветов) и программному(Windows 95/98/2000/NTV40+ServicePack 4+MSY2KPatch, ServicePack 5 или 6) обеспечению. Это же можно сказать и об интерфейс ITHINK, для эффективного функционирования которого достаточно иметь процессор 486 или более мощный, 8 Мб RAM, Windows 95, наличие 13 Мб свободной памяти на жестком диске.
Программное средство ITHINK (HighPerformanceSystems, США) предназначено для анализа сложных систем организации управления, бизнеса, финансов, политики и др., представляет возможным моделирование всего производственно-сбытового цикла предприятия. ITHINK лёгок в изучении. Эта особенность присуща не только данному средству, но и пакету Extend. В отличие от названных выше интерфейсов программные средства ARISToolset , PowerSimStudio, GPSS/H, GPSSWorld имеют сложность в освоении. Последнее, в свою очередь, предназначено только для профессионалов в области моделирования.
ITHINK предъявляет требование к экспертным системам: любые данные на выходе должны выступать в виде дат начала операций, интерфейсов, чего нельзя сказать о пакете PowerSimStudio, где имеются разные способы представления результатов моделирования: временные графики, таблицы, гистограммы.
Программные средства моделирования различаются не только по функциональным возможностям, но и по стоимости. Придется потратить немало денежных средств, чтобы приобрести продукты Extend, ARISToolset, ITHINK.
PowerSimStudio (PowerSimSoftwareAS, Норвегия) обладает развитыми средствами визуального программирования. В его состав входят встроенные блоки анализа рисков и оптимизации бизнес-процесса, блок PowerSimStudio-SDK, обеспечивающий интеграцию программ на языках высокого уровня, организацию связи модели с информационными системами Oracle и SQL, и механизмы работы с текстовыми файлами, файлами Excel и хранилищами данных SAPBW. Дополнительно в PowerSimStudio есть возможность написания программ на языке VisualBasic и присутствуют иерархические способы разработки программ. Соответственно, в отличие от пакетов ARISToolset и ITHINK, интерфейс PowerSimStudio требует определенных параметров аппаратного обеспечения.
Программные пакеты Extend, GPSS/H и GPSSWorld служат для моделирования процессов модернизации и обслуживания. Системы GPSSWorld и Extend используются как для дискретных, так и для непрерывных процессов. В то время как GPSS/H предназначена только для дискретных процессов.
Программный продукт GPSS/H (WolverineSoftware, США) предназначен для моделирования систем массового обслуживания и других систем, например, системы распределения ресурсов между потребителями. Благодаря блочной структуре GPSS/H может быть легко приспособлен для структурно-функционального моделирования не очень сложных систем. Это программное средство имеет функции, переменные, стандартные атрибуты, графики и статические блоки, что расширяет функциональные возможности пакета GPSS/H.
GPSSWorld – самая современная версия языка имитационного моделирования GPSS для персональных ЭВМ и OC Windows. Программное средство GPSSWorld обладает высочайшим уровнем интерактивности и визуального представления информации. GPSSWorld имеет анимационные возможности и является объектно-ориентированным языком, что позволяет наблюдать и фиксировать внутренние механизмы работы моделей. Интерактивность языка предоставляет возможность одновременного исследования и управления процессами моделирования. Возможно вычисление доверительных интервалов и дисперсионного анализа.
Таким образом, каждое рассмотренное программное средство моделирования обладает определенным набором преимуществ и недостатков. Конкретному предприятию нужно исследовать индивидуальные свойства протекающих процессов. В соответствии с ними нужно подобрать подходящее программное средство моделирования. В качестве таких свойств могут выступать следующие факторы: стоимость, аппаратное обеспечение, дискретность процесса и др. Также при выборе программного пакета предприятию необходимо учитывать свои цели и задачи.
Когаловский М. Р. Перспективные технологии информационных систем. — М.: ДМК Пресс; Компания АйТи, 2003. — 288 с.
Замятина О. М. Моделирование систем. –ТПУ; Томск, 2009. – 204с.
Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. – М.: Наука, 1978.
Киндлер Е. Языки моделирования. – М.: Энергия, 1985.
Максимей И. В. Имитационное моделирование на ЭВМ. – М.: Радио и связь, 1988.
Читайте также: